质量因子/ Q因子;公式和方​​程式

质量因子或Q因子是线圈,电容器电感在其损耗和谐振器带宽方面的性能的量度。简单的公式可以与变量相关联。


问,质量因素教程包括:
Q,质量因素基础电感Q.RLC网络Q.


电感器或调谐电路的质量因数或'Q'通常用于在谐振器电路中展示其性能。Q或质量因子是无量纲数,它描述了电路中的阻尼。它还提供了相对于其中心频率的谐振器的带宽的指示。

通常可以使用质量因子的值,并可用于定义电感器,电容器或调谐电路的性能。

Q或质量因子用于许多RF调谐电路或元件,以指示它们在振荡器或其他形式的谐振电路中的性能。

简单的公式将损失和带宽相关联

q调谐电路质量因子概念
q调谐电路质量因子概念

Q,质量因素基础

Q的概念首先由来自美国西部电气公司工程系的K. S. Johnson的工程师设想。他正在评估不同线圈的性能和质量。在他的调查过程中,他开发了Q的概念。有趣的是他选择了这封信问的选择,因为所有其他字母的字母被采取而不是因为术语质量因素,虽然是后似乎所选择的字母Q质量因素不可能更好。

质量因素是适用于物理和工程的许多领域的概念。它由字母Q表示,并且可以称为Q因子。

Q因子是无量纲参数,其指示谐振元件内的能量损失,其可以是来自机械摆锤的任何东西,机械结构中的元件,或者在诸如谐振电路的电子电路内。

虽然元素的Q因子涉及损耗,但是该链接直接相对于其中心频率的谐振器的带宽。

Q表示相对于系统内存中的能量量的能量损失。因此,Q越高,能量损失率越高,因此振荡将减少更慢,即它们将具有低水平的阻尼,它们将响起更长时间。

对于电子电路,电路内的能量损失是由电阻引起的。尽管这可以发生在电路内的任何位置,但是电感器内发生电阻的主要原因。

质量因素定义

通常需要质量因素的定义,以便更精确地了解这一数量的实际情况。

对于电子电路,Q被定义为存储在谐振器中的能量与通过A周期提供的能量的比率,以使信号幅度常数保持在存储的能量与时间恒定的频率。

它还可以为电感器定义为其电感电抗与其在特定频率的电阻的比率,并且它是其效率的量度。

Q因子的影响

在处理RF调谐电路时,Q因子很重要的原因有很多。通常,高水平的Q是有益的,但在某些应用中,定义的Q级别可能是所需的。

在RF调谐电路中与Q相关的一些考虑因素总结如下:

  • 带宽:随着Q因子或质量因数的增加,所以调谐电路滤波器的带宽减小。由于损耗降低,因此随着电路在电路中更好地存储,调谐电路变得更清晰。

    可以看出,随着Q增加,所以3 dB带宽降低,并且调谐电路的整体响应增加。在许多情况下,需要高Q因子以确保实现所需的选择性。
  • 宽带宽:在许多RF应用中,存在宽带宽操作的要求。某些形式的调制需要宽带宽,其他应用需要固定滤波器以提供宽带覆盖范围。虽然可能需要高拒绝不需要的信号,但是对于宽带宽存在竞争要求。因此,在许多应用中,需要确定所需的Q水平,以提供满足宽带宽和充分抑制不需要的信号的总体性能。
  • 振荡器相位噪声:任何振荡器都会产生所谓的相位噪声。这包括在信号的阶段中的随机移位。这表明自己作为从主载体传播出来的噪音。如可能预期的那样,不需要这种噪音,因此需要最小化。振荡器设计可以根据多种方式定制以减少这一点,主要是通过增加振荡器调谐电路的Q,质量因子。
  • 一般杂散信号:调谐电路和过滤器通常用于消除杂散信号。滤波器锐利且Q水平越高,电路越好就能去除杂散信号。
  • 铃声:随着谐振电路的Q增加,因此损耗降低。这意味着在电路内设置的任何振荡都需要更长的时间来消失。换句话说,电路倾向于“环”。这实际上是在振荡器电路内使用的理想选择,因为在调谐电路中丢失了较少的能量,更容易设置并保持振荡。

q因子公式

基本Q或质量因子配方基于电感器,电路或其他形式的能量损失。

根据上面给出的质量因子的定义,Q因子可以在下面的Q因子公式中数学表达:

问: = E. 储存 E. 每个周期丢失

在查看RF谐振电路的带宽时,这转换为Q因子公式:

问: = F 0. F 3DB.
Q质量因子显示中心和-3dB点
Q质量因子显示中心和-3dB点

在任何RF或其他电路中,每个单独的组件可以为整个电路网络的Q或质量因数有贡献。诸如电感器和电容器的组件的Q通常被引用为具有某种Q因子或质量因子。

质量因素和阻尼

在许多电路中重要的Q因子的一个方面是阻尼。质量因子,Q确定简单阻尼振荡器的定性行为,并影响其他电路,如过滤器内的响应等。

有三个主要制度可以在提及阻尼和Q因子时考虑。

  • 衰减(Q> 1/2):阻尼下的系统是Q因子大于一半的系统。当在振荡偏离振荡之前施加步进脉冲时,Q因子仅在一半的系统中才能振荡一次。随着质量因数的增加,所以阻尼下降和振荡将持续更长。在Q因子为无限的理论系统中,振荡将无限期地保持,而无需添加任何进一步的刺激。在振荡器中,一些信号被反馈给提供额外的刺激,但高Q因子通常会产生更清洁的结果。信号上存在较低的相位噪声。
  • 过度阻尼(Q <1/2):过度阻尼系统的Q因子小于1/2。在这种类型的系统中,损耗很高,系统没有过冲。相反,系统将指数衰减,在应用步骤脉冲之后接近渐近的稳态值。随着Q因子或质量因数减少,因此系统对步骤脉冲更慢地响应。
  • 批判性地阻尼(Q = 1/2):批判性衰减系统具有0.5的Q因子,并且像过度阻尼系统一样,输出不振荡,并且不会过冲其稳态输出。该系统将在最快的时间内接近稳态渐近无关。

在许多RF谐振系统中,需要高水平的Q因子。对于过滤器,需要充分选择性,但不是太多,并且对于振荡器高水平的Q导致提高稳定性和更低的相位噪声。在许多系统中,Q因子不应过高,因为它可能导致过滤器带宽太窄,振荡器无法跟踪所需范围。然而,Q因子水平需要高而不是低。

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